(57)【要約】【課題】遮光膜のないマイクロレンズアレイを用いて、高コントラストの露光が可能な露光ヘッドを安価に得る。【解決手段】照射された光を各々変調する多数の画素部が２次元状に配列されてなるＤＭＤ等の空間光変調素子５０と、空間光変調素子５０に光を照射する光源６６と、空間光変調素子５０の各画素部を経た光を受けて画素部の像を結像させる結像光学系５１と、空間光変調素子５０の各画素部からの光をそれぞれ集光するマイクロレンズ５５ａがアレイ状に配されてなるマイクロレンズアレイ５５と、を備えた露光ヘッドにおいて、マイクロレンズアレイ５５のマイクロレンズ５５ａ以外の光透過領域に、透過光を発散もしくは拡散する光学構造が形成されている。光学構造は例えば、微小レンズ５５ｂ、もしくはすりガラス部１５５ｂにより構成される。【選択図】図１
2007094217.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
照射された光を各々制御信号に応じて変調する画素部が複数並設されてなる空間光変調素子と、
前記空間光変調素子に光を照射する光源と、
前記空間光変調素子の各画素部を経た光を受けて該画素部の像を結像させる光学系、および、前記空間光変調素子の各画素部を経て前記光学系を通過した光を個別に集光するマイクロレンズが複数並設されてなるマイクロレンズアレイを含み、前記空間光変調素子により変調された光による像を感光材料上に結像する結像光学系とを備えた露光ヘッドにおいて、
前記マイクロレンズアレイの前記マイクロレンズ以外の光透過領域に、透過光を発散もしくは拡散する光学構造が形成されていることを特徴とする露光ヘッド。
【請求項２】
前記光学構造が、前記マイクロレンズの焦点距離の半分以下の焦点距離を有する多数のレンズが前記複数のマイクロレンズの間に配列されたものであることを特徴とする請求項１に記載の露光ヘッド。
【請求項３】
前記光学構造が、すりガラス状の構造であることを特徴とする請求項１に記載の露光ヘッド。
【請求項４】
前記マイクロレンズアレイがガラスモールドにより成形されたものであることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の露光ヘッド。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は露光ヘッドに関し、特に、画素部が複数並設されてなる空間光変調素子と、該空間光変調素子の各画素部にそれぞれ対応するマイクロレンズがアレイ状に配されてなるマイクロレンズアレイとを備えた露光ヘッドに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、空間光変調素子で変調された光を結像光学系に通し、この光による像を所定の感光材料上に結像して該感光材料を露光し、画像を形成する露光ヘッドが種々知られている。この種の露光ヘッドは、基本的に、照射された光を各々制御信号に応じて変調する多数の画素部が２次元状に配列されてなる空間光変調素子と、この空間光変調素子に光を照射する光源と、前記空間光変調素子により変調された光による像を感光材料上に結像する結像光学系とを備えてなるものである。
【０００３】
この種の露光ヘッドにおいて、上記空間光変調素子としては、例えばＬＣＤ（液晶表示素子）やＤＭＤ（デジタル・マイクロミラー・デバイス）等が好適に用いられ得る。なお上記のＤＭＤは、制御信号に応じて反射面の角度を変化させる多数のマイクロミラーが、シリコン等の半導体基板上に２次元状に配列されてなるミラーデバイスである。
【０００４】
特許文献１には、空間光変調素子で変調された光の光路に、空間光変調素子の各画素部にそれぞれ対応して各画素部からの光を集光するマイクロレンズがアレイ状に並設されてなるマイクロレンズアレイを配置した露光ヘッドが記載されている。この露光ヘッドでは、空間光変調素子からの光をマイクロレンズアレイを介して微小ドットに変換して、感光材料を露光し、感光材料上に画像を形成するようにしている。
【０００５】
上記のような露光ヘッドに用いられるマイクロレンズアレイは、そのサイズが微小であることから半導体微細加工技術を応用して作製することができる。これは、円形にパターニングされたレジストを加熱溶融により流動化させ、表面張力によりレンズ曲面を形成した後、ドライエッチングによりエッチバックして基板にレンズ曲面の形状を転写してレンズとする方法である。
【０００６】
図１０に上記方法により作製されたマイクロレンズアレイ５の部分断面図を示す。このマイクロレンズアレイ５は、曲面形状をした各マイクロレンズ５ａ間に隙間が存在し、この隙間は基板面からなる平坦な平坦部５ｂとなる。このマイクロレンズアレイ５を露光ヘッドに適用した場合、平坦部５ｂに入射した光はそのまま透過して感光材料１５０に到達し、マイクロレンズ５ａによる露光位置Ａとは異なる領域Ｂを露光してしまう。ここで、領域Ｂは、平坦部５ｂを透過した平行光により露光される領域であり、その位置は感光材料１５０において平坦部５ｂと対向し、その寸法は平坦部５ｂと同じである。その結果、感光材料にカブリが生じ、コントラストが悪化することになる。従来では、マイクロレンズアレイ５の平坦部５ｂに直接遮光膜を形成してコントラストの悪化を防止していた。
【０００７】
一方、マイクロレンズアレイのその他の作製方法としては、ガラスモールド等の成形を用いた方法もある。この方法では、型の形状しだいで隙間の無いマイクロレンズアレイを作製することができ、上記平坦部５ｂをなくすことができる。しかし、マイクロレンズアレイを露光ヘッドに適用する場合、高コントラストの画像を得るためには、ビーム形状の整形やＮＡ（開口数）の制御が必要であり、その際にはやはり遮光膜が用いられていた。
【０００８】
マイクロレンズアレイに遮光膜を形成する方法は、特許文献２に記載された一般的なフォトリソグラフィを用いた遮光膜パターニング手法や、特許文献３に記載されたレンズ形成部以外をメッキすることで遮光膜を形成する方法や、特許文献４に記載されたレンズ間隙を遮光材料で充填する方法など、種々の方法が提案されている。
【特許文献１】特開２００３−３３７４２５号公報
【特許文献２】特開平８−３１３７０６号公報
【特許文献３】特開平１０−１６０９０５号公報
【特許文献４】特開２００１−３３０７０９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、従来のような半導体微細加工を用いた遮光膜付きのマイクロレンズアレイの作製では、作製工数が多く、また微細加工に使用する装置自体も高額であることから、製造のリードタイムが長くかかり、コストも高くなってしまうという問題がある。
【００１０】
また、ガラスモールドを用いたマイクロレンズアレイの作製は安価であるが、これに遮光膜を付加するためには、半導体微細加工が必要であり、結局コストが高くなってしまい、コストダウンできないという問題がある。さらに、ガラスモールドでは収縮があるため、遮光膜形成に使用するフォトマスクを収縮に合わせて作製しなければならず、ガラスモールド自体の収縮を安定させるよう管理しなければならず、コストアップにつながるなどの問題がある。
【００１１】
本発明は上記の事情に鑑みてなされたものであり、遮光膜のないマイクロレンズアレイを用いて、高コントラストの露光が可能な露光ヘッドを安価に提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明による露光ヘッドは、照射された光を各々制御信号に応じて変調する画素部が複数並設されてなる空間光変調素子と、前記空間光変調素子に光を照射する光源と、前記空間光変調素子の各画素部を経た光を受けて該画素部の像を結像させる光学系、および、前記空間光変調素子の各画素部を経て前記光学系を通過した光を個別に集光するマイクロレンズが複数並設されてなるマイクロレンズアレイを含み、前記空間光変調素子により変調された光による像を感光材料上に結像する結像光学系とを備えた露光ヘッドにおいて、前記マイクロレンズアレイの前記マイクロレンズ以外の光透過領域に、透過光を発散もしくは拡散する光学構造が形成されていることを特徴とするものである。
【００１３】
ここで、「発散する」とは、光が拡がりながら進行する状態、すなわち、進行するにつれて光束径が大きくなる状態をいう。なお、本発明では、必ずしも光路全域にわたり発散している必要はなく、光路の一部の範囲で発散していればよい。
【００１４】
また、「拡散する」とは、ある点またはある領域から出た多数の光線が、規則的な放射とは異なり、それぞれランダムな方向に進行する状態をいう。
【００１５】
上記の「マイクロレンズ以外の光透過領域」は、マイクロレンズの形状や透過するビームの断面形状によっては「マイクロレンズの有効径以外の光透過領域」も含むものとする。
【００１６】
上記露光ヘッドにおいて、前記光学構造が、前記マイクロレンズの焦点距離の半分以下の焦点距離を有する多数のレンズが前記複数のマイクロレンズの間に配列されたものであるように構成してもよい。
【００１７】
あるいは、上記露光ヘッドにおいて、前記光学構造が、すりガラス状の構造であるように構成してもよい。
【００１８】
前記マイクロレンズアレイはガラスモールドにより成形されることが望ましい。
【００１９】
以下の説明では、感光材料上における領域のうち、マイクロレンズを通過した光が到達する領域、すなわちマイクロレンズにより露光されて画像が形成される領域を「画像形成領域」といい、マイクロレンズ以外の光透過領域に対応する領域を「背景領域」ということにする。すなわち、「背景領域」は、図１０に示す領域Ｂのように、マイクロレンズ以外の光透過領域が平坦面で形成されていたとして、この光透過領域を透過した平行光により露光される領域を示す。本発明は、画像形成領域での露光量と背景領域での露光量との比を、従来のものから改善することにより、コントラストの高い露光を実現するものである。
【発明の効果】
【００２０】
本発明の露光ヘッドによれば、マイクロレンズ以外の光透過領域に入射した光は、光学構造により発散もしくは拡散されるため、背景領域での露光量が従来に比べて減少し、背景領域での露光量に対する画像形成領域での露光量の比が大きくなり、コントラストを向上させることができる。また、本発明の露光ヘッドでは、マイクロレンズアレイに遮光膜を用いずに、光学構造を形成することで高コントラスト化を達成しているため、安価に作製できる。
【００２１】
上記光学構造に、マイクロレンズの間にマイクロレンズの焦点距離の半分以下の焦点距離を有する多数のレンズを配列されたものを採用すれば、通常はマイクロレンズの合焦位置に感光材料が配置されるため、上記多数のレンズを通過して感光材料に到達する光は発散光となり、感光材料上でのその光束径は上記多数のレンズを形成しない場合よりも大きくなる。よって、背景領域での露光量が従来に比べて減少し、背景領域での露光量に対する画像形成領域での露光量の比が大きくなり、コントラストを向上させることができる。
【００２２】
上記光学構造を、すりガラス状の構造とすれば、この構造により光を拡散することができるため、背景領域での露光量が従来に比べて減少し、背景領域での露光量に対する画像形成領域での露光量の比が大きくなり、コントラストを向上させることができる。
【００２３】
前記マイクロレンズアレイをガラスモールドにより成形した場合には、安価に作製できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下、図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。まず、本発明の特徴的な構成として、本発明の第１の実施形態による露光ヘッドに用いられるマイクロレンズアレイ５５について説明する。図１はこのマイクロレンズアレイ５５の構成を示す部分断面図である。
【００２５】
マイクロレンズアレイ５５は、２次元状に並設された多数のマイクロレンズ５５ａと、マイクロレンズ５５ａ以外の光透過領域に隙間無く設けられた多数の微小レンズ５５ｂとを有する。マイクロレンズ５５ａおよび微小レンズ５５ｂは、本実施形態では共に凸レンズからなり、マイクロレンズアレイ５５の出射面側に形成されている。マイクロレンズアレイ５５の入射面側は平面に形成されている。本実施形態のマイクロレンズアレイ５５を図１０の従来のマイクロレンズアレイ５と比べると、マイクロレンズアレイ５の平坦部５ｂを微小レンズ５５ｂで置き換えた構成となっている。なお、図１において、マイクロレンズ５５ａおよび微小レンズ５５ｂの形状は概略的に示してある。
【００２６】
マイクロレンズアレイ５５の一例としては、マイクロレンズ５５ａが１０２４個×２５６列に配置され、その配置ピッチが縦方向、横方向とも４１μｍ、焦点距離０．１９ｍｍ、ＮＡ（開口数）が０．１１とし、微小レンズ５５ｂの曲率は１〜５μｍ程度とすることができる。
【００２７】
微小レンズ５５ｂは、マイクロレンズ５５ａよりもさらに微小なレンズであり、その焦点距離はマイクロレンズ５５ａの焦点距離の半分以下になるように設定されている。図１は、上記構成のマイクロレンズアレイ５５の入射面に垂直に平行光を入射させ、マイクロレンズ５５ａの合焦位置に感光材料１５０を配置した状態を示す。このとき、光束径Ｄ０で微小レンズ５５ｂに入射した光は、図の実線で示すように一度焦点を結んだ後、発散光となって広がり、感光材料１５０上での光束径Ｄ１はＤ０より大きなものとなる。つまり、微小レンズ５５ｂは透過光を発散する光学構造として機能する。
【００２８】
比較のために、微小レンズ５５ｂの焦点距離が、マイクロレンズ５５ａの焦点距離の半分とした場合の光束を図１において点線で示す。この場合には、光束径Ｄ０で微小レンズ５５ｂに入射した光は、一度焦点を結んだ後、発散光となるが、この焦点を結んだ位置は、微小レンズ５５ｂと感光材料１５０との間のほぼ中点となるため、感光材料１５０上での光束径は約Ｄ０となる。以上より、微小レンズ５５ｂの焦点距離をマイクロレンズ５５ａの焦点距離の半分以下とすれば、微小レンズ５５ｂを形成せずに平坦部にした場合よりも、微小レンズ５５ｂを透過した光を拡げて感光材料１５０上に到達させることができる。
【００２９】
本実施形態によれば、背景領域での露光量が従来に比べて減少し、背景領域での露光量に対する画像形成領域での露光量の比が大きくなり、感光材料へのカブリが低減され、コントラストを向上させることができる。
【００３０】
図２は、感光材料の一例である標準的ポジ型レジストの露光量とレジスト残膜量の関係を示す模式図であり、横軸が露光量、縦軸がレジスト残膜量である。露光量が増加するにつれてレジスト残膜量は減少し、露光量が閾値Ｅｔｈ以上ではレジスト残膜量は０となる。図１０に示す従来のマイクロレンズアレイを用いた場合の背景領域での露光量Ｅｐに対するレジスト残膜量はＲｐである。本実施形態の背景領域での露光量Ｅｂは、光が拡がって感光材料１５０上に到達しているため、露光量Ｅｐより少ない値となる。よって、本実施形態における露光量Ｅｂによるレジスト残膜量Ｒｂは、レジスト残膜量Ｒｐよりも多くなる。図２に示すレジスト残膜量（Ｒｂ−Ｒｐ）が、従来生じていた透過光によるカブリと考えられ、本実施形態の微小レンズ５５ｂを設けることにより、この分が改善されていることになる。なお、図２の露光量Ｅａは、マイクロレンズ５ａ、５５ａの露光位置における露光量であり、この露光量Ｅａでは、レジスト残膜量は０となる。
【００３１】
上記微小レンズ５５ｂは、凹凸形状の構造のみで構成されているため、マイクロレンズアレイをガラスモールド等の成形により作製するときに同時に作製することが可能であり、工数を増加させることなく、安価に作製できる。
【００３２】
以下、上記のようなマイクロレンズアレイの作製方法の一例について図３を参照しながら説明する。始めに、図３（ａ）に示すように、合成石英ガラス基板（例えばＨＯＹＡ製、ＥＱＺマスクグレード）１０上に０．１〜０．５μｍのポリスチレン標準粒子１２を１〜５μｍ角に１個程度の密度になるよう分散塗布し、酸素プラズマによるデスカムアッシングをした後、図３（ｂ）に示すように、合成石英ガラス基板１０の表面にスパッタにより厚さ１００ｎｍ〜１５０ｎｍのＣｒ膜１４を成膜する。
【００３３】
その後、合成石英ガラス基板１０を取り出し、エタノールに浸漬してガーゼ等でポリスチレン標準粒子１２を拭き取り、Ｃｒ膜１４をリフトオフする。このように作製した、図３（ｃ）に示すような、ピンホールが多数形成されたＣｒ膜１４が成膜されている合成石英ガラス基板１０を、再度デスカムアッシングを行った後、図３（ｄ）に示すように、フッ酸に浸漬しエッチングする。Ｃｒ膜が剥がれるまでエッチング行うことで、図３（ｅ）に示すように、全体に平坦部分のない凹型の形状がランダムに形成された合成石英ガラス基板１０ができあがる。この凹型の形状が微小レンズ５５ｂの外形形状となるため、以下この形状を微小レンズ形状という。ここで形成される凹型の微小レンズ形状はポリスチレン粒子密度にもよるが、１〜５μｍ程度の曲率のものが形成されるようにする。
【００３４】
次に、上記凹型の微小レンズ形状が形成された合成石英ガラス基板１０に、離型剤としてオプツールをディップコートし、その後紫外線硬化樹脂１６を塗布する。その上に別の合成石英ガラス基板１８を被せたのち、図３（ｆ）に示すように、紫外線を照射して、紫外線硬化樹脂１６を硬化させる。その後、図３（ｇ）に示すように、凹型の微小レンズ形状が付いた合成石英ガラス基板１０をはがし、紫外線硬化樹脂１６からなる凹型の微小レンズ形状が形成された合成石英ガラス基板１６を、紫外線硬化樹脂１６と合成石英ガラス基板１８のエッチングレートがほぼ等しくなるように、ＣＨＦ３、ＣＦ４、Ｏ２ガスの混合比、バイアス、基板温度条件等を制御して高密度プラズマエッチングを行い、図３（ｈ）に示すように、凸型の微小レンズ形状を合成石英ガラス基板１８に転写する。
【００３５】
次に、図３（ｉ）に示すように、凸型の微小レンズ形状が形成された合成石英ガラス基板１８にポジ型レジスト２０を塗布し、１５０〜２００゜Ｃの温度でハードベークして平坦化する。微小レンズ形状の凹凸が大きく、平坦にならなかった場合は、この作業を数回繰り返す。そして、図３（ｊ）に示すように、平坦になったレジスト表面にマイクロレンズ５５ａとなるレンズ形状を形成するためのレジスト２２を再度塗布する。このときの膜厚はレンズ曲率に合わせて調整する。次に、図３（ｋ）に示すように、フォトリソグラフィによりレンズ形成領域を決定するレジスト２２の円形パターンを形成し、１２０〜１４０゜Ｃの温度で加熱してレジスト２２を溶融させ、表面張力によりレンズ面を形成する。マイクロレンズ５５ａの配列ピッチは２０〜５０μｍであり、円形パターンの直径はこのピッチの７０〜９０％で形成されている。
【００３６】
その後、Ｏ２をエッチングガスとし、図３（ｌ）に示すように、凸型の微小レンズ形状が露出するまで高密度プラズマエッチングを行う。微小レンズ形状の露出の判断は時間管理でも可能であるが、より厳密に行うには、プラズマの発光スペクトル強度を検出して判断する。続けて、ＣＨＦ３、ＣＦ４、Ｏ２の混合ガスを用い、レジスト２２と合成石英ガラス基板１８のエッチングレートがほぼ等しくなる条件でエッチングを行い、レンズ形状を転写して、図３（ｍ）に示すような、マイクロレンズ５５ａの形状、およびその周辺に微小レンズ５５ｂの形状が形成された母型２４を作製する。
【００３７】
次に、この母型２４にＮｉ電鋳を行って、図３（ｎ）に示すようにニッケル電鋳型２６を作製する。先ず、母型にＮｉをスパッタにて５０〜１００ｎｍ成膜する。その後、スルファミン酸ニッケルメッキ浴にて、厚さ３００〜１０００μｍのニッケルメッキを行った後、図３（ｏ）に示すように、母型２４から剥離して、逆転した形状のニッケル電鋳型２６を得る。さらに、剥離したニッケル電鋳型２６の表面にチタンナイトライドを反応性スパッタにて１００ｎｍから３μｍの所定厚さ形成し、保護膜とする。
【００３８】
作製したニッケル電鋳型２６を成形装置に設置し、図３（ｐ）に示すように、ガラス転移点が３００゜Ｃ〜５００゜Ｃの低融点ガラスのプリフォーム（マイクロレンズアレイ）２８をガラス転移点以上の温度に加熱し、減圧状態に保持した状態でニッケル電鋳型を押し付け、その状態でガラス転移点以下の温度まで冷却した後、ニッケル電鋳型を引き剥がして、図３（ｑ）に示すようにマイクロレンズ５５ａの以外の光透過領域に微小レンズ５５ｂとなる微小レンズ形状が形成されたマイクロレンズアレイ２８を作製する。
【００３９】
以下に、上記マイクロレンズアレイを有する本発明の実施形態による露光ヘッドについて説明する。図４はこの露光ヘッドの概略構成を示す斜視図であり、図５はこの露光ヘッドの断面図である。露光ヘッド１６６は、入射された光ビームを画像データに応じて各画素毎に変調する空間光変調素子としてデジタル・マイクロミラー・デバイス（米国テキサス・インスツルメンツ社製、以下ＤＭＤという）５０を備える。マイクロレンズアレイ５５は、ＤＭＤ５０で変調された光の光路に配置され、マイクロレンズ５５ａはＤＭＤ５０の各画素部にそれぞれ対応して各画素部からの光を集光する。
【００４０】
ＤＭＤ５０の光入射側には、ファイバアレイ光源６６、ファイバアレイ光源６６から出射されたレーザ光を補正してＤＭＤ上に集光させるレンズ系６７、このレンズ系６７を透過したレーザ光をＤＭＤ５０に向けて反射するミラー６９がこの順に配置されている。レンズ系６７は、ファイバアレイ光源６６から出射した照明光としてのレーザ光Ｌを集光する集光レンズ７１、この集光レンズ７１を通過した光の光路に挿入されたロッド状オプティカルインテグレータ（以下、ロッドインテグレータという）７２、およびこのロッドインテグレータ７２の下流側、つまりミラー６９側に配置されたコリメータレンズ７４から構成されている。集光レンズ７１、ロッドインテグレータ７２およびコリメータレンズ７４は、ファイバアレイ光源６６から出射したレーザ光を、平行光に近くかつビーム断面内強度が均一化された光束としてＤＭＤ５０に入射させる。上記レンズ系６７から出射したレーザ光Ｌはミラー６９で反射し、ＴＩＲ（全反射）プリズム７０を介してＤＭＤ５０に照射される。
【００４１】
ＤＭＤ５０は図６に示すように、ＳＲＡＭセル（メモリセル）６０上に、各々画素（ピクセル）を構成する多数（例えば１０２４個×７６８個）の微小ミラー（マイクロミラー）６２が格子状に配列されてなるミラーデバイスである。各ピクセルにおいて、最上部には支柱に支えられたマイクロミラー６２が設けられており、マイクロミラー６２の表面にはアルミニウム等の反射率の高い材料が蒸着されている。なお、マイクロミラー６２の反射率は９０％以上であり、その配列ピッチは縦方向、横方向とも一例として１３．７μｍである。また、マイクロミラー６２の直下には、ヒンジおよびヨークを含む支柱を介して通常の半導体メモリの製造ラインで製造されるシリコンゲートのＣＭＯＳのＳＲＡＭセル６０が配置されており、全体はモノリシックに構成されている。
【００４２】
ＤＭＤ５０のＳＲＡＭセル６０にデジタル信号が書き込まれると、支柱に支えられたマイクロミラー６２が、対角線を中心としてＤＭＤ５０が配置された基板側に対して±α度（例えば±１２度）の範囲で傾けられる。図７（Ａ）は、マイクロミラー６２がオン状態である＋α度に傾いた状態を示し、図７（Ｂ）は、マイクロミラー６２がオフ状態である−α度に傾いた状態を示す。したがって、画像信号に応じて、ＤＭＤ５０の各ピクセルにおけるマイクロミラー６２の傾きを、図６に示すように制御することによって、ＤＭＤ５０に入射したレーザ光Ｌはそれぞれのマイクロミラー６２の傾き方向へ反射される。
【００４３】
なお図７には、ＤＭＤ５０の一部を拡大し、マイクロミラー６２が＋α度又は−α度に制御されている状態の一例を示す。それぞれのマイクロミラー６２のオンオフ制御は、ＤＭＤ５０に接続された前記コントローラ３０２によって行われる。また、オフ状態のマイクロミラー６２で反射したレーザ光Ｌが進行する方向には、光吸収体（図示せず）が配置されている。
【００４４】
ＤＭＤ５０の光反射側には、ＤＭＤ５０で反射されたレーザ光Ｌを、感光材料１５０上に結像する結像光学系５１が配置されている。この結像光学系５１は、レンズ系５２，５４からなる第１結像光学系と、レンズ系５７，５８からなる第２結像光学系と、これらの結像光学系の間に挿入された上述のマイクロレンズアレイ５５と、アパーチャアレイ５９とから構成されている。
【００４５】
上記アパーチャアレイ５９は、マイクロレンズアレイ５５の各マイクロレンズ５５ａに対応する多数のアパーチャ（開口）５９ａが形成されてなるものであり、本実施形態では、ビームウエスト位置近傍に配置されている。上記第１結像光学系は、ＤＭＤ５０による像を３倍に拡大してマイクロレンズアレイ５５上に結像する。そして第２結像光学系は、マイクロレンズアレイ５５を経た像を１．６倍に拡大して感光材料１５０上に結像、投影する。したがって全体では、ＤＭＤ５０による像が４．８倍に拡大して感光材料１５０上に結像、投影されることになる。
【００４６】
なお本例では、第２結像光学系と感光材料１５０との間にプリズムペア７３が配設され、このプリズムペア７３を図５中で上下方向に移動させることにより、感光材料１５０上における像のピントを調節可能となっている。なお同図中において、感光材料１５０は矢印Ｆ方向に副走査送りされ、上記構成の露光ヘッドと感光材料１５０を相対移動させることにより、露光を行う。
【００４７】
以下に、本発明の第２の実施形態による露光ヘッドに用いられるマイクロレンズアレイ１５５について図８を参照しながら説明する。図８はマイクロレンズアレイ１５５の構成を示す部分断面図である。このマイクロレンズアレイ１５５は、第１の実施形態のマイクロレンズアレイ５５の微小レンズ５５ｂをすりガラス部１５５ｂに置き換えたものであり、その他の構成は上記マイクロレンズアレイ５５と同様である。また、本実施形態のマイクロレンズアレイ１５５も第１の実施形態のマイクロレンズアレイ５５と同様に上述の露光ヘッドに適用可能であるので、以下では第１の実施形態との相違点のみ説明し、重複説明を省略する。
【００４８】
マイクロレンズアレイ１５５は、２次元状に並設された多数のマイクロレンズ１５５ａと、マイクロレンズ１５５ａ以外の光透過領域に隙間無く設けられたすりガラス部１５５ｂとを有する。マイクロレンズ１５５ａおよびすりガラス部１５５ｂは、マイクロレンズアレイ５５の出射面側に形成され、マイクロレンズアレイ５５の入射面側は平面に形成されている。なお、図８において、マイクロレンズ１５５ａおよびすりガラス部１５５ｂの形状は概略的に示してある。
【００４９】
マイクロレンズ１５５ａは第１の実施形態のマイクロレンズ５５ａと同様の構成を有する。すりガラス部１５５ｂは、表面に微細でランダムな凹凸形状が形成された、すりガラス状の構造を有し、光を拡散する光学構造である。
【００５０】
図８は、上記構成のマイクロレンズアレイ１５５の入射面に垂直に平行光を入射させ、マイクロレンズ１５５ａの合焦位置に感光材料１５０を配置した状態を示す。このとき、すりガラス部１５５ｂに入射した光は、拡散されて感光材料１５０に到達する。これにより、背景領域での露光量が従来に比べて減少し、背景領域での露光量に対する画像形成領域での露光量の比が大きくなり、感光材料へのカブリが低減され、コントラストを向上させることができる。本実施形態においても、第１の実施形態と同様の効果が得られる。
【００５１】
以下に、上述した実施形態の変形例による露光ヘッドについて説明する。図９は、この変形例の露光ヘッドを示す断面図である。この露光ヘッドは、第１の実施形態の結像光学系５１に代わり、第１の実施形態の結像光学系５１からレンズ系５７，５８からなる第２結像光学系およびアパーチャアレイ５９を省いた結像光学系５１’を用いた点が基本的に異なるものである。すなわち本実施形態においては、マイクロレンズアレイ５５の各マイクロレンズ５５ａによる集光位置に感光材料１５０が配置され、該マイクロレンズアレイ５５が集光した像が直接この感光材料１５０に露光されるようになっている。その他の構成については前述の実施形態と同様であるので、重複説明を省略する。なお、図９では第１の実施形態のマイクロレンズアレイ５５を用いた例を示したが、本変形例においても、第１の実施形態のマイクロレンズアレイ５５の代わりに第２の実施形態のマイクロレンズアレイ１５５を適用可能である。
【００５２】
なお、上記例では、空間光変調素子としてＤＭＤを備えた露光ヘッドについて説明したがこのような反射型空間光変調素子の他に、透過型空間光変調素子（ＬＣＤ）を使用することもできる。例えば、ＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ  Ｅｌｅｃｔｒｏ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｓｙｓｔｅｍｓ）タイプの空間光変調素子（ＳＬＭ；Ｓｐａｃｉａｌ  Ｌｉｇｈｔ  Ｍｏｄｕｌａｔｏｒ）や、電気光学効果により透過光を変調する光学素子（ＰＬＺＴ素子）や液晶光シャッタ（ＦＬＣ）等の液晶シャッターアレイなど、ＭＥＭＳタイプ以外の空間光変調素子を用いることも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】本発明の第１の実施形態による露光ヘッドが有するマイクロレンズアレイの部分断面図
【図２】ポジ型レジストの露光量とレジスト残膜量を示す図
【図３】図１のマイクロレンズアレイの製造工程図
【図４】本発明の第１の実施形態による露光ヘッドの概略構成を示す斜視図
【図５】図４の露光ヘッドの断面図
【図６】デジタルマイクロミラーデバイス（ＤＭＤ）の構成を示す部分拡大図
【図７】（Ａ）および（Ｂ）はＤＭＤの動作を説明するための説明図
【図８】本発明の第２の実施形態による露光ヘッドが有するマイクロレンズアレイの部分断面図
【図９】本発明の変形例による露光ヘッドの断面図
【図１０】従来の露光ヘッドが有するマイクロレンズアレイの部分断面図
【符号の説明】
【００５４】
５、５５、１５５    マイクロレンズアレイ
５ａ、５５ａ、１５５ａ    マイクロレンズ
５ｂ    平坦部
５０    デジタル・マイクロミラー・デバイス（ＤＭＤ）
５１、５１’    結像光学系
５２、５４    レンズ系
５５ｂ    微小レンズ
１５５ｂ    すりガラス部
５７、５８    レンズ系
５９    アパーチャアレイ
５９ａ    アパーチャ
６２    マイクロミラー
６６    ファイバアレイ光源
６８    レーザ出射部
６９    ミラー
７２    ロッドインテグレータ
７３    プリズムペア
１５０    感光材料
１６８    露光エリア
１７０    露光済み領域
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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